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Après un infarctus, les cellules du muscle cardiaque endommagées n'arrivent plus à se contracter, d'où un risque d'insuffisance cardiaque. Ces cellules auraient besoin d'être remplacées par une greffe. En raison du manque de donneurs d'organes, des scientifiques se donnent comme objectif de recréer du tissu cardiaque au laboratoire par génie biologique. Mais il ne suffit pas d'arriver à obtenir un simple tas de cellules, encore faut-il les approvisionner en nutriments. Alors comment reconstruire artificiellement un réseau de vaisseaux capillaires ?
Une solution peut consister à imprimer les vaisseaux en 3D. Ici, une équipe de l'institut polytechnique Worcester propose d'utiliser des vaisseaux... de plantes. Car malgré leurs nombreuses différences, les plantes et les animaux présentent des similitudes dans la structure de leurs réseaux vasculaires. L'utilisation de plantes présente des avantages : la cellulosecellulose des végétaux est biocompatible, biodégradablebiodégradable et peu coûteuse ; la culture de plantes pose aussi moins de questions éthiques que des élevages d'animaux de laboratoire.
“Quand j'ai regardé la feuille d'épinard, sa tige m'a rappelé une aorte...”
Pour cette étude parue dans Biomaterials, les chercheurs ont simplement acheté des feuilles d'épinardépinard chez un commerçant local. Ensuite, ils ont utilisé une solution détergente pour éliminer les cellules végétales : cette étape de « décellularisation » retire le matériel cellulaire tout en conservant une matrice extracellulaire. « J'avais fait des travaux de décellularisation sur des cœurs humains auparavant, et quand j'ai regardé la feuille d'épinard sa tige m'a rappelé une aorte » a expliqué Joshua Gershlak, un des auteurs de ces travaux, dans Science alert. D'où l'idée d'utiliser la tige pour faire passer le sang qui sera ensuite réparti dans les minuscules vaisseaux de la feuille.
Un tissu décellularisé est intéressant pour une greffe : sans cellules du donneur, il devrait limiter les risques de rejet. Les cellules du receveur peuvent alors repeupler la structure.
La décellularisation de la feuille d’épinard est opérée en sept jours. © Worcester Polytechnic Institute
Une technologie verte qui régénère un tissu vascularisé
Le tissu végétal décellularisé est donc ensuite recellularisé avec des cellules endothéliales humaines : celles-ci colonisent la surface interne des vaisseaux de la plante. Des cellules souches humaines servent à fournir des cardiomyocytescardiomyocytes qui adhèrent à la surface externe de la matrice végétale. En 21 jours, les cellules cardiaques ont commencé à se contracter spontanément comme elles l'auraient fait dans un tissu humain.
Il reste encore beaucoup de travail pour que cette découverte soit applicable chez l'Homme, comme l'expliquent les auteurs : « actuellement, on ne sait pas encore comment le système vasculaire de la plante serait intégré dans le système vasculaire humain natif et s'il y aurait une réponse immunitaireréponse immunitaire ». De plus, la décellularisation utilise des détergents qui pourraient rester sous forme de résidus et gêner la viabilité des cellules.
L'équipe a aussi testé d'autres végétaux : des feuilles de persilpersil ou des racines d'arachide. La feuille d'épinard a été préférée en raison de la densité importante de ses vaisseaux. Mais les chercheurs suggèrent qu'à l'avenir d'autres plantes soient utilisées pour mimer différents tissus : la structure creuse et cylindrique d'une tige d'Impatiens capensis (l'Impatience du Cap) pourrait servir à fabriquer un greffon pour une artèreartère ; la structure du boisbois pourrait être utile pour fabriquer de l'os...
Ce n'est pas la première fois que des scientifiques utilisent des plantes comme support pour cultiver des tissus humains. L'an passé, des chercheurs canadiens ont fait pousser une oreille humaine sur une tranche de pomme.
